მოლეკულური ფორმების განხილვის მაგალითები

მოლეკულური ფორმების განხილვის სამაგალითო კითხვები

პენგანტარი

ქიმია არის ნივთიერების ქცევისა და მასში განცდილი ცვლილებების შესწავლა. ქიმიის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი კონცეფცია მოლეკულური ფორმის გაგებაა. მოლეკულური ფორმა გავლენას ახდენს ნაერთების ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებზე, როგორიცაა დნობის წერტილი, დუღილის წერტილი და ორთქლის წნევა. მოლეკულური ფორმა ასევე გადამწყვეტ როლს ასრულებს ამ ნაერთებში მიმდინარე ქიმიური რეაქციების განსაზღვრაში. მოლეკულური ფორმის ასახსნელად ყველაზე ხშირად გამოყენებული თეორია არის VSEPR (ვალენტური გარსის ელექტრონული წყვილის განზიდვის) თეორია. ამ სტატიაში განვიხილავთ მოლეკულურ ფორმასთან დაკავშირებულ რამდენიმე მაგალით პრობლემას და იმას, თუ როგორ შეიძლება VSEPR თეორიის გამოყენება მათ გადასაჭრელად.

VSEPR თეორია

VSEPR თეორია არის თეორია, რომელიც გამოიყენება მოლეკულების ფორმის დასადგენად ცენტრალური ატომის გარშემო ელექტრონული წყვილების განზიდვის საფუძველზე. ამ თეორიის თანახმად, ელექტრონული წყვილები ისე განლაგდებიან, რომ მათ შორის განზიდვა მინიმუმამდეა დაყვანილი. ეს იწვევს იმას, რომ მოლეკულა იღებს სპეციფიკურ, პროგნოზირებად ფორმას. ეს ელექტრონული წყვილები მოიცავს შემაკავშირებელ ელექტრონულ წყვილებს (BEP) და მარტოხელა ელექტრონულ წყვილებს (LOP).

წარმოებული მოლეკულური ფორმებიდან ზოგიერთი, როგორც წესი, შემდეგია:

1. ხაზოვანი
2. ტრიგონალური პლანარული
3. ტეტრაედრული
4. სამკუთხა ბიპირამიდული
5. რვაკუთხა
6. მოხრილი (მოხრილი)
7. ხერხემალი
8. T-ფორმის
9. კვადრატული პლანარი
10. კვადრატული პირამიდული

შემდეგ, მოდით განვიხილოთ რამდენიმე მაგალითი კითხვა და მათი განხილვა.

მაგალითი კითხვა 1: CH4 მოლეკულების ფორმის განსაზღვრა

კითხვა:
განსაზღვრეთ მეთანის (CH4) მოლეკულური ფორმა VSEPR თეორიის გამოყენებით.

დისკუსია:

1. განსაზღვრეთ ლუისის სტრუქტურა:
– ცენტრალური ატომი: C (ნახშირბადი)
– ნახშირბადს აქვს 4 ვალენტური ელექტრონი.
– წყალბადის თითოეულ ატომს აქვს 1 ვალენტური ელექტრონი.
– ვალენტური ელექტრონების საერთო რაოდენობა = 4 (C) + 4 x 1 (H) = 8 ვალენტური ელექტრონი.

CH4-ის ლუისის სტრუქტურა ცენტრში ნახშირბადს აჩვენებს, რომლის ოთხი წყალბადის ატომი ნახშირბადის ატომთან ერთჯერად (სიგმა) ბმებს ქმნის. ნახშირბადის ატომზე ელექტრონების მარტოხელა წყვილი არ არის.

2. ელექტრონული წყვილების დათვლა:
– PEI: არსებობს 4 ბმა, რომელთაგან ყველა შემაკავშირებელი ელექტრონული წყვილებია.
– PEB: მარტოხელა ელექტრონული წყვილები არ არსებობს.

3. მოლეკულური ფორმების იდენტიფიცირება:
– ჯამში 4 PEI-ის და 0 PEB-ის შემთხვევაში, ცენტრალური ატომის გარშემო ელექტრონების განაწილება ისეთ ფორმას მიიღებს, რომელიც მოგერიებას მინიმუმამდე დაიყვანება.
– ყველაზე შორეული განაწილების მქონე ფორმა ტეტრაედრულია.

ამგვარად, CH4 მოლეკულის ფორმა ტეტრაედრულია, ბმის კუთხით დაახლოებით 109.5 გრადუსი.

მაგალითი კითხვა 2: NH3-ის მოლეკულური ფორმის განსაზღვრა

კითხვა:
განსაზღვრეთ ამიაკის (NH3) მოლეკულური ფორმა VSEPR თეორიის გამოყენებით.

დისკუსია:

1. განსაზღვრეთ ლუისის სტრუქტურა:
– ცენტრალური ატომი: N (აზოტი).
– აზოტს აქვს 5 ვალენტური ელექტრონი.
– წყალბადის თითოეულ ატომს აქვს 1 ვალენტური ელექტრონი.
– ვალენტური ელექტრონების საერთო რაოდენობა = 5 (N) + 3 x 1 (H) = 8 ვალენტური ელექტრონი.

NH3-ის ლუისის სტრუქტურა გვიჩვენებს ცენტრში აზოტს, სამი წყალბადის ატომით, რომლებიც აზოტის ატომთან ერთჯერად (სიგმა) ბმებს წარმოქმნიან და აზოტზე ელექტრონების ერთ მარტოხელა წყვილს.

2. ელექტრონული წყვილების დათვლა:
– PEI: არსებობს 3 ბმა, რომელთაგან ყველა შემაკავშირებელი ელექტრონული წყვილებია.
– PEB: არსებობს 1 მარტოხელა ელექტრონული წყვილი.

3. მოლეკულური ფორმების იდენტიფიცირება:
– ჯამში 3 PEI-ის და 1 PEB-ის შემთხვევაში, ცენტრალური ატომის გარშემო ელექტრონების განაწილება ისეთ ფორმას მიიღებს, რომელიც მოგერიებას მინიმუმამდე დაიყვანება.
– შესაბამისი განაწილების მქონე ფორმა არის ტრიგონალური პირამიდული.

ამგვარად, NH3 მოლეკულის ფორმა სამკუთხა პირამიდულია, ბმის კუთხით, რომელიც ოდნავ ნაკლებია 109.5 გრადუსზე, რაც გამოწვეულია უფრო ძლიერი მარტოხელა ელექტრონული წყვილისგან მოგერიებით.

მაგალითი კითხვა 3: H2O მოლეკულების ფორმის განსაზღვრა

კითხვა:
განსაზღვრეთ წყლის მოლეკულის (H2O) ფორმა VSEPR თეორიის გამოყენებით.

დისკუსია:

1. განსაზღვრეთ ლუისის სტრუქტურა:
– ცენტრალური ატომი: O (ჟანგბადი).
– ჟანგბადს აქვს 6 ვალენტური ელექტრონი.
– წყალბადის თითოეულ ატომს აქვს 1 ვალენტური ელექტრონი.
– ვალენტური ელექტრონების საერთო რაოდენობა = 6 (O) + 2 x 1 (H) = 8 ვალენტური ელექტრონი.

H2O-ს ლუისის სტრუქტურა გვიჩვენებს ცენტრში ჟანგბადს, ორი წყალბადის ატომით, რომლებიც ჟანგბადის ატომთან ერთჯერად (სიგმა) ბმებს წარმოქმნიან და ჟანგბადზე ელექტრონების ორ მარტოხელა წყვილს.

2. ელექტრონული წყვილების დათვლა:
– PEI: არსებობს 2 ბმა, რომელთაგან ყველა შემაკავშირებელი ელექტრონული წყვილებია.
– PEB: არსებობს 2 მარტოხელა ელექტრონული წყვილი.

3. მოლეკულური ფორმების იდენტიფიცირება:
– ჯამში 2 PEI-ის და 2 PEB-ის შემთხვევაში, ცენტრალური ატომის გარშემო ელექტრონების განაწილება ისეთ ფორმას მიიღებს, რომელიც მოგერიებას მინიმუმამდე დაიყვანება.
– შესაბამისი განაწილების მქონე ფორმა არის მოხრილი.

ამგვარად, H2O მოლეკულის ფორმა მოხრილია დაახლოებით 104.5 გრადუსიანი ბმის კუთხით.

მაგალითი კითხვა 4: PCl5-ის მოლეკულური ფორმის განსაზღვრა

კითხვა:
VSEPR თეორიის გამოყენებით განსაზღვრეთ ფოსფორის პენტაქლორიდის (PCl5) მოლეკულური ფორმა.

დისკუსია:

1. განსაზღვრეთ ლუისის სტრუქტურა:
– ცენტრალური ატომი: P (ფოსფორი).
– ფოსფორს აქვს 5 ვალენტური ელექტრონი.
– ქლორს თითოეულს 7 ვალენტური ელექტრონი აქვს.
– ვალენტური ელექტრონების საერთო რაოდენობა = 5 (P) + 5 x 7 (Cl) = 40 ვალენტური ელექტრონი.

PCl5-ის ლუისის სტრუქტურა ცენტრში ფოსფორს აჩვენებს, ხუთი ქლორის ატომით, რომლებიც ფოსფორის ატომთან ერთჯერად (სიგმა) ბმებს ქმნიან. ფოსფორზე ელექტრონების მარტოხელა წყვილები არ არის.

2. ელექტრონული წყვილების დათვლა:
– PEI: არსებობს 5 ბმა, რომელთაგან ყველა შემაკავშირებელი ელექტრონული წყვილებია.
– PEB: მარტოხელა ელექტრონული წყვილები არ არსებობს.

3. მოლეკულური ფორმების იდენტიფიცირება:
– ჯამში 5 PEI-ის და 0 PEB-ის შემთხვევაში, ცენტრალური ატომის გარშემო ელექტრონების განაწილება ისეთ ფორმას მიიღებს, რომელიც მოგერიებას მინიმუმამდე დაიყვანება.
– შესაბამისი განაწილების მქონე ფორმაა ტრიგონალური ბიპირამიდული.

ამგვარად, PCl5 მოლეკულის ფორმა ტრიგონალური ბიპირამიდულია 90° და 120° ბმის კუთხეებით.

მაგალითი კითხვა 5: SF6 მოლეკულების ფორმის განსაზღვრა

კითხვა:
გოგირდის ჰექსაფტორიდის (SF6) მოლეკულური ფორმის განსაზღვრა VSEPR თეორიის გამოყენებით.

დისკუსია:

1. განსაზღვრეთ ლუისის სტრუქტურა:
– ცენტრალური ატომი: S (გოგირდი).
– გოგირდს აქვს 6 ვალენტური ელექტრონი.
– ფტორს თითოეულს 7 ვალენტური ელექტრონი აქვს.
– ვალენტური ელექტრონების საერთო რაოდენობა = 6 (S) + 6 x 7 (F) = 48 ვალენტური ელექტრონი.

SF6-ის ლუისის სტრუქტურა ცენტრში გოგირდს აჩვენებს, რომლის ექვსი ფტორის ატომიც გოგირდის ატომთან ერთჯერად (სიგმა) ბმებს ქმნის. გოგირდზე ელექტრონების მარტოხელა წყვილი არ არის.

2. ელექტრონული წყვილების დათვლა:
– PEI: არსებობს 6 ბმა, რომელთაგან ყველა შემაკავშირებელი ელექტრონული წყვილებია.
– PEB: მარტოხელა ელექტრონული წყვილები არ არსებობს.

3. მოლეკულური ფორმების იდენტიფიცირება:
– ჯამში 6 PEI-ის და 0 PEB-ის შემთხვევაში, ცენტრალური ატომის გარშემო ელექტრონების განაწილება ისეთ ფორმას მიიღებს, რომელიც მოგერიებას მინიმუმამდე დაიყვანება.
– შესაბამისი განაწილების მქონე ფორმა რვაედრიანია.

ამგვარად, SF6 მოლეკულის ფორმა ოქტაედრულია 90°-იანი ბმის კუთხით.

დასკვნა

მოლეკულური ფორმის გაგება ნაერთის ქიმიური და ფიზიკური თვისებების მრავალი ახსნის გასაღებია. VSEPR თეორია უზრუნველყოფს მისი გეომეტრიის პროგნოზირების ეფექტურ გზას ბმებისა და მარტოხელა წყვილების გამოთვლების საფუძველზე. განხილულ თითოეულ მაგალითში პროცესი მოიცავს ლუისის სტრუქტურის განსაზღვრას, ელექტრონული წყვილების გამოთვლას და ბოლოს ყველაზე შესაფერისი მოლეკულური ფორმის იდენტიფიცირებას. რეგულარული პრაქტიკით, ნებისმიერს შეუძლია დაეუფლოს VSEPR თეორიის გამოყენებას მოლეკულური ფორმის დასადგენად.